Was ist Befestigung und Montage in der Fertigung? Ein umfassender Leitfaden zur Automatisierung

In der heutigen Fertigungslandschaft spielen Befestigung und Montage eine entscheidende Rolle für Produktstabilität, Produktionseffizienz und Kostenmanagement. Das Hauptziel besteht darin, einzelne Komponenten durch präzise und zuverlässige Verbindungsmethoden zu verbinden und so funktionale Einheiten oder Unterbaugruppen zu schaffen.

Während ein ideales Produktdesign darauf abzielt, die Anzahl der Bauteile durch integriertes Engineering zu minimieren, sind Befestigungen und Montagen mehrerer Komponenten in den meisten komplexen Fertigungsprozessen unverzichtbar. Diese Vorgänge lassen sich typischerweise in drei Kategorien einteilen – manuell, halbautomatisch und vollautomatisch – und können verschiedene Techniken wie mechanische Befestigungen und Klebeverbindungen beinhalten.

1.0Mechanische Befestigung: Die Grundlage der industriellen Montage

Mechanische Befestigungen sind nach wie vor die am häufigsten verwendete Verbindungsmethode in der Fertigung und gelten als zuverlässig und vielseitig. Sie lassen sich in vier Hauptkategorien unterteilen. Die wichtigsten Details sind im Folgenden zusammengefasst:

1.1Integrale Verbindungselemente: Integrierte Verbindungen für Blechprodukte

Integrierte Verbindungselemente werden direkt in Blechteile eingearbeitet und erreichen eine Verbindung durch Verzahnung oder Überlappung zwischen den Komponenten, sodass keine separaten Teile erforderlich sind. Zu den wichtigsten Typen gehören:

• Geprägte Vorsprünge: Wird durch Stanzen zweier Metallbleche zu einer becherförmigen Struktur hergestellt. Das Metall dehnt sich unter Druck aus und bildet einen ineinandergreifenden „Knopf“, der größer ist als der Stempeldurchmesser. Dieses als Clinchen bezeichnete Verfahren bietet eine dauerhafte Verbindung, die sich für Leichtmetallbleche eignet.
• Kantennähte: Durch Falten und Ineinandergreifen der Blechkanten wird eine sichere Verbindung geschaffen, die die Baugruppe verstärkt und gleichzeitig scharfe Kanten für mehr Sicherheit eliminiert.
• Säumen: Die Kante eines Blechs wird um 180 Grad gefaltet, um ein anderes Blech fest einzuschließen und so eine starke und dichte Verbindung zu bilden. Wird häufig in Karosserieteilen von Autos und Gerätegehäusen verwendet, die Steifigkeit und Abdichtung erfordern.

1.2Gewindebefestigungen: Der Schlüssel zur lösbaren Montage

Gewindebefestigungen bieten eine flexible, kostengünstige mechanische Verbindung, die die Demontage und Remontage unterstützt und sich daher ideal für Produkte eignet, die gewartet oder aufgerüstet werden müssen.

• Typen und Spezifikationen: Das Spektrum reicht von Miniaturschrauben für die Elektronik bis hin zu Bolzen mit großem Durchmesser für strukturelle Anwendungen im Bauwesen und bei Brücken.
• Standardisierung und Kompatibilität: Erhältlich sowohl im imperialen als auch im metrischen System, mit anpassbaren Gewindeformen, Steigungen und Toleranzen, um unterschiedliche Belastungs- und Präzisionsanforderungen zu erfüllen.
• Installationsmethoden:

1. Manuelle Montage: Für kleinere Arbeiten werden Schraubenschlüssel oder Schraubendreher verwendet.
2. Automatisierte Montage: Setzt auf Maschinen zum Einsetzen von Befestigungselementen Mit präzisen Positionierungs-/Zuführmechanismen zum Einsetzen von Schrauben mit Spezialköpfen. Dies minimiert menschliche Fehler und gewährleistet eine schnelle und konsistente Installation.

1.3Gewindelose Verbindungselemente: Effizientes Verbinden ohne Gewinde

Verbindungselemente ohne Gewinde verbinden Komponenten durch Verformung oder Geometrie statt durch Gewinde. Gängige Beispiele sind:

• Nieten: Einteilige, dauerhafte Befestigungselemente, die in ausgerichtete Löcher eingesetzt und anschließend am hinteren Ende verformt werden, um die Teile miteinander zu verbinden. Erhältlich in massiver, halbrunder, röhrenförmiger und geteilter Form. Automatisierte Verfahren wie das Orbitalnieten verwenden einen rotierenden Kopf mit einem leicht versetzten Winkel (3–6°), wodurch die Geräuschentwicklung im Vergleich zum herkömmlichen Nieten reduziert wird – ideal für lärmempfindliche Umgebungen.
• Pins: Kostengünstige, multifunktionale Befestigungselemente, die als Verriegelungsvorrichtungen, Drehpunkte oder Ausrichtungswerkzeuge dienen.

• Gabelkopfbolzen: Verfügen über ein Loch für einen Splint oder Federstift.
• Passstifte: Sorgen für eine präzise Ausrichtung bei hochpräzisen Baugruppen.
  • Unterlegscheiben: Ergänzen Sie Bolzen und Schrauben durch Lastverteilung und Reduzierung der Oberflächenspannung. Sicherungsscheiben mit Innen-, Außen- oder kombinierter Verzahnung verhindern ein Lösen bei Vibrationen oder Stößen.

1.4Heften: Eine leichte, hocheffiziente Befestigungslösung

Die Klammerbefestigung ist eine kostengünstige Methode zur dauerhaften Verbindung, die häufig in der Fahrzeuginnenausstattung und Möbelproduktion eingesetzt wird. Halbautomatische Klammergeräte verwenden vorgeklebte Klammerstreifen für den manuellen Betrieb. Klammern unterscheiden sich in:

• Länge: Anpassung an unterschiedliche Materialstärken.
• Punkttyp: Meißel, Innenmeißel, Außenmeißel oder divergierende Spitzen – Auswahl basierend auf den Materialeigenschaften.

2.0Maschinen zum Einsetzen von Verbindungselementen: Das Herzstück der automatisierten Gewindemontage

Mit der zunehmenden Automatisierung in der Fertigung Einsteckmaschinen sind für die Gewindemontage im großen Maßstab unverzichtbar geworden – insbesondere in der Automobil-, Elektronik- und Haushaltsgeräteproduktion. Zu ihren wichtigsten Merkmalen gehören:

ALEKVS-Befestigungselement-Einsetzmaschinen

3.0Kleben: Ein innovativer Weg zur dauerhaften Verbindung

Durch Kleben wird eine molekulare Verbindung zwischen verschiedenen Materialien durch Kohäsionskräfte erreicht. Dadurch entstehen dauerhafte Verbindungen, die nicht ohne Beschädigung der Teile wieder gelöst werden können. Als ergänzende Alternative zur mechanischen Befestigung bietet es einzigartige Leistungs- und Designvorteile.

3.1Materialvielfalt

Klebstoffe sind in verschiedenen Formen erhältlich, um unterschiedlichen Anforderungen gerecht zu werden:

• Fluidformen: Flüssigkeit, Paste, Emulsion (für flexible Anwendungsbereiche).
• Feste Formen: Film, Band, Stift, Pellet, Pulver (für präzise, vorgeschnittene Anwendungen).

3.2Flexible Anwendungsmethoden

• Kleinserienmontage: Manuell mit Pinseln aufgetragen.
• Mittelgroße Produktion: Halbautomatische Dosierung über Extrusions- oder Sprühpistolen.
• Großserienfertigung: Spezielle automatisierte Systeme führen präzise, wiederholbare Anwendungen mit programmierbaren Pfaden durch, die auf bestimmte Komponenten oder Teilefamilien zugeschnitten sind.

3.3Wichtige Leistungsvorteile

Im Vergleich zur herkömmlichen mechanischen Befestigung bietet das Kleben:

• Gleichmäßige Spannungsverteilung: Verteilt die Spannung auf große Flächen und minimiert so das lokale Ausfallrisiko.
• Kompatibilität unterschiedlicher Materialien: Verbindet Metall-Kunststoff, Glas-Keramik und andere Materialpaarungen ohne Bohren/Schweißen.
• Versiegelungsfähigkeit: Bildet Schutzbarrieren gegen Feuchtigkeit, Staub und Verunreinigungen.
• Leichtgewicht und Kosteneffizienz: Reduziert das Montagegewicht und die Gesamtkosten und verbessert gleichzeitig die strukturelle Integrität.

4.0Automatisierte Montage: Der Haupttreiber für Kostensenkung und Effizienz

Die Montage ist einer der arbeitsintensivsten Schritte in der Fertigung und verursacht einen erheblichen Teil der direkten Arbeitskosten. Automatisierung ist daher zu einer Schlüsselstrategie geworden, um Kosten zu senken, den Durchsatz zu erhöhen und eine gleichbleibende Qualität zu gewährleisten.

Eine erfolgreiche Implementierung erfordert:

1. Teilekonstruktionen, die eine Überlappung (Schindelbildung) verhindern.
2. Vororientierte Zuführung über Stapel, Rollen, Behälter oder Schalen.
3. Robotergestützte Teilebeladung und Fertigteileentladung.

4.1Arten von automatisierten Montagemaschinen

4.2Schlüsselfaktoren bei der Geräteauswahl

Bei der Auswahl automatisierter Montagesysteme sollten Hersteller fünf kritische Aspekte berücksichtigen:

1. Erforderliche Produktionsrate (Ausgabe pro Zeiteinheit).
2. Größe und Gewicht der Komponenten.
3. Anteil automatisierter Vorgänge im Vergleich zur manuellen Unterstützung.
4. Notwendigkeit von menschenunterstützten Prozessen.
5. Komplexität der Montageschritte (Koordination mehrerer Teile, präzise Ausrichtung).

5.0Zusammenfassung der Kerntechnologie

Während die Fertigung immer intelligenter, effizienter und präziser wird, entwickeln sich Befestigungs- und Montagetechnologien in drei Hauptrichtungen: Automatisierung, Gewichtsreduzierung und Genauigkeit.

• Die mechanische Befestigung wird durch Maschinen zum Einsetzen von Befestigungselementen um die Effizienz der Chargenproduktion zu steigern.
• Aufgrund der Vorteile hinsichtlich des geringen Gewichts und der Abdichtung findet das Kleben in High-End-Sektoren (Fahrzeuge mit alternativer Energie, Luft- und Raumfahrt) zunehmend Verbreitung.
• Automatisierte Montagesysteme (Zifferblatt, Inline, Karussell) bieten Flexibilität für unterschiedliche Produktanforderungen.

Durch die Abstimmung der Befestigungs- und Montagestrategien auf Produkteigenschaften, Produktionsumfang und Kostenziele können Hersteller erhebliche Effizienz-, Qualitäts- und Gesamtwettbewerbsfähigkeitsgewinne erzielen.